本發(fā)明總體涉及電化學(xué)燃料電池，并且更具體地涉及一種用于制造具有復(fù)雜流場幾何形狀的流體流場板(fluid flow field plate)的方法。

背景技術(shù)：

由于聚合物電解質(zhì)膜或質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池系統(tǒng)相對低的操作溫度以及功率和能量密度兩者的良好平衡，所以聚合物電解質(zhì)膜或質(zhì)子交換膜(PEM)燃料電池系統(tǒng)具有內(nèi)在的益處和廣泛的應(yīng)用。PEM電池的活性部分是夾在陽極和陰極層之間的膜。含氫燃料通過陽極，并且氧氣(空氣)通過陰極。反應(yīng)物通過電解質(zhì)(膜)彼此間接反應(yīng)而在陰極和陽極之間產(chǎn)生電壓。PEM電池的典型電勢能夠在0.5-0.9伏特的范圍內(nèi)，其中電池電壓越高，電化學(xué)效率越高。在低的電池電壓下，電流密度較高，然而對于一組給定的操作條件，最終存在功率密度的峰值。電化學(xué)反應(yīng)還產(chǎn)生作為必須從燃料電池中提取的副產(chǎn)物的熱和水，盡管提取的熱可以在廢熱發(fā)電模式中使用，并且產(chǎn)物水可以用于膜的加濕、電池冷卻或分散到環(huán)境。

通過堆疊、以電串聯(lián)結(jié)構(gòu)互連單個電池來組合多個電池。由燃料電池堆產(chǎn)生的電壓實際上是單個電池電壓的總和。存在以并聯(lián)或組合串聯(lián)-并聯(lián)連接來使用多個電池的設(shè)計。流體流場板被插入電池之間以將一個電池的陽極反應(yīng)物與下一個電池的陰極反應(yīng)物分離。這些板通常是基于石墨或金屬(具有或不具有涂層)。為了在不混合的情況下向陽極提供氫并向陰極提供氧，需要流體分布和密封系統(tǒng)。

目前在燃料電池工業(yè)中的主要設(shè)計是使用具有機械加工、模制或其它方式壓印的流場的流體流場板。優(yōu)選的流場板必須滿足一系列要求：非常好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、氣密性、耐腐蝕性、低重量和低成本。流體流場板設(shè)計確保良好的流體分布以及產(chǎn)物水和生成熱的去除。歧管設(shè)計對于在每個隔板/流場板之間均勻地分布流體也是關(guān)鍵的。

為了增加燃料電池堆的功率密度(減小重量和體積)以及為了降低材料和組裝成本，存在持續(xù)不斷的努力以創(chuàng)新。

在燃料電池系統(tǒng)(燃料電池堆和平衡裝置(balance of plant))中，燃料電池堆是燃料電池系統(tǒng)的重量和成本的主要部件，并且流體流場板是燃料電池堆的主要部件(重量和體積)。

流體流場板是確定燃料電池的重量和體積功率密度的重要因素，通常占燃料電池堆重量的40％至70％以及幾乎全部體積。因此，對于部件開發(fā)者，挑戰(zhàn)是在保持高性能操作的期望性質(zhì)的同時，減小流體流場板的重量、尺寸和成本。

由于流體流場板操作的挑戰(zhàn)性環(huán)境，因此必須仔細(xì)選擇流體流場板的材料。通常，它必須具有一組特定的性質(zhì)，并結(jié)合以下特征：

-高導(dǎo)電性，特別是在穿過平面的方向上

-具有氣體擴散層(GDL)的低接觸電阻

-高導(dǎo)熱性，不僅在平面中而且穿過平面

-良好的熱穩(wěn)定性，限制由于溫度變化引起的膨脹和收縮

-良好的機械強度和抗開裂性

-能夠保持良好的流場特征容差等

-流體抗?jié)B性，以防止反應(yīng)物和冷卻劑泄漏，特別是對于氣態(tài)氫的情況

-耐腐蝕性

-抗離子浸出，以免污染膜電極組件(MEA)

-薄而且輕

-低成本和易于制造

-可回收

-對環(huán)境有益

已經(jīng)使用許多不同的方法來制造流體流場板，包括例如華盛頓(Washington)等人的于1994年4月5日提交的專利號為5,300,370的美國專利“電化學(xué)燃料電池的層壓流體流場組件(Laminated Fluid Flow Field Assembly for Electrochemical Fuel Cells)”。這個專利描述了一種包括隔板層和模板層的層壓流體流場組件，其中在操作中，協(xié)作隔板層和模板層以形成用于傳導(dǎo)加壓流體的開放面通道。雖然這個專利即是用于不連續(xù)流場結(jié)構(gòu)，但是它也涉及連續(xù)流場設(shè)計。然而，這個方法具有許多重要的缺點，其主要集中在模板層的制造上。當(dāng)在模板層中形成流動通道時，材料從流場板中被去除，并且因此剩余的通道平臺部(landing)不被支撐。事實上，由于模板層板的平臺部將任意地移動，因此使得模板層非常難以處理和定位。進(jìn)一步地，為了確保每個通道的流體流動分布精確的恰當(dāng)?shù)牧鲃油ǖ缹挾人璧墓畈荒鼙槐３?，特別是對于連續(xù)流場設(shè)計。

提供的另一個示例是威爾金森(Wilkinson)等人的于1996年3月28日提交的專利號為5,521,018的美國專利“用于電化學(xué)燃料電池的壓花流體流場板(Embossed Fluid Flow Field Plate for Electrochemical Fuel Cell)”。這個專利即描述了一種壓花流體流場板，其包括兩片可壓縮的導(dǎo)電材料，其中每片具有兩個相對的主表面，其中至少一個主表面具有壓花表面，該壓花表面具有流體入口和至少一個在其中壓花的開口面通道。金屬片被插入在每個可壓縮片之間。雖然該專利主要集中于壓花流體流場板，但是其提供了冷卻劑流場板的示例，其中單個冷卻劑流動通道被模切并且密封劑通道被壓花。在去除材料以形成流動通道時，因為通道的外周被有效地支撐，所以具有連接流體入口和流體出口的單個通道確實是有利的，如在這種情況下。據(jù)此，通道具有復(fù)雜的蛇形幾何形狀，并且即使其被支撐在外周周圍，但是由于在板內(nèi)平臺部不被支撐，因此使得在制造后的處理和定位是不切實際的。

斯皮爾(Spear)等人于1997年11月4日提交的專利號為5,683,828的美國專利“金屬小片燃料電池生產(chǎn)和操作方法(Metal Platelet Fuel Cells Production and Operation Methods)”描述了包括堆疊的隔板/膜電極組件電池的燃料電池堆，其中隔板包括一系列具有其中單獨構(gòu)造的蛇形微通道反應(yīng)氣體加濕、有效面積和冷卻場的堆疊的薄片小片(platelet)。雖然這個專利概述了一種制造金屬小片的方法，該金屬小片包括通過維持恰當(dāng)?shù)牧鲃油ǖ篱g隔的裝置支撐的復(fù)雜的蛇形流動幾何形狀，從而在沒有流動通道平臺部偏移的情況下允許該小片在制造后被容易地處理，但是用于制造這些流動通道支撐部的方法是深度蝕刻，其是相對昂貴的制造方法，并且不適合于大批量的生產(chǎn)。

因此，需要一種用于制造具有復(fù)雜流體流場幾何形狀的流體流場板的改進(jìn)方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

我們已經(jīng)設(shè)計了一種用于生產(chǎn)具有復(fù)雜流場幾何形狀的輕質(zhì)流體流場板的低成本方法。該方法包括切割穿過柔性石墨片，同時壓花(emboss)流體流場通道支撐部，并且然后精加工切割片。與上述示例不同，我們的方法生產(chǎn)易于處理的具有復(fù)雜流場幾何形狀的實用流體流場板。它僅需要模切流動通道和歧管，同時壓花通道支撐部，并且然后通過壓制來精加工部件。我們的方法在一個步驟中切割所有流動通道/歧管并壓花通道支撐部，并且“精加工”步驟不需要仔細(xì)的部件對準(zhǔn)。更進(jìn)一步地，我們的方法每個部件只需要一個模具。

因此，提供了一種用于生產(chǎn)具有復(fù)雜流場幾何形狀的流體流場板的方法，該方法包括：

-切割穿過導(dǎo)電片以在其中形成用于流體的至少一個開口；以及

-壓花該片以在其中形成用于流體的至少一個開口的至少一個支撐部。

如上所述的方法進(jìn)一步包括：

-通過將切割/壓花的片壓在兩個剛性平板之間來精加工切割/壓花的片。

在一個示例中，剛性平板各包括不粘涂層。

如上所述的方法進(jìn)一步包括：

-通過將切割/壓花的片壓在兩個平行輥之間來精加工切割/壓花的片。

在一個示例中，平行輥各包括不粘涂層。

在另一個示例中，使用具有至少一個葉片的模具執(zhí)行切割步驟。模具具有兩個葉片。模具是規(guī)則模具、柔性模具或固體雕刻模具。模具的兩個葉片并排設(shè)置。

在另一個示例中，使用具有至少一個壓花特征的模具進(jìn)行壓花步驟。模具具有兩個壓花特征。模具是規(guī)則模具、柔性模具或固體雕刻模具。

在另一個示例中，使用具有至少一個葉片和一個壓花特征的模具同時執(zhí)行切割步驟和壓花步驟。模具具有兩個葉片和一個壓花特征。模具具有兩個葉片和兩個壓花特征。模具是規(guī)則模具，柔性模具或固體雕刻模具。模具的兩個葉片并排設(shè)置。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括至少一個氧化劑流動開口。切割/壓花的板包括多個氧化劑流動開口。至少一個氧化劑入口歧管開口和至少一個氧化劑出口歧管開口位于氧化劑流動開口的端部并與該氧化劑流動開口連通。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括至少一個燃料入口歧管開口和至少一個燃料出口歧管開口。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括至少一個燃料流動開口。切割/壓花的板包括多個燃料流動開口。切割/壓花的板包括位于燃料流動開口的端部的至少一個燃料入口歧管開口和至少一個燃料出口歧管開口。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括至少一個冷卻劑流動開口。切割/壓花的板包括多個冷卻劑流動開口。至少一個冷卻劑入口歧管開口和至少一個冷卻劑出口歧管開口位于冷卻劑流動開口的端部并與冷卻劑流動開口連通。

在一個示例中，切割/壓花的板是氧化劑流場板。

在另一個示例中，切割/壓花的板是燃料流場板。

在另一個示例中，切割/壓花的板是冷卻劑流場板。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括多個氧化劑入口歧管開口和多個氧化劑出口歧管開口。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括多個燃料入口歧管開口和多個燃料出口歧管開口。

在另一個示例中，切割/壓花的板包括多個冷卻劑入口歧管開口和多個冷卻劑出口歧管開口。

在另一個示例中，切割/壓花的板是隔板。隔板是冷卻翅片隔板。

在一個示例中，導(dǎo)電片是柔性石墨。

根據(jù)另一個方面，提供了一種用于生產(chǎn)具有復(fù)雜流場幾何形狀的流體流場板的方法，該方法包括：

-切割穿過導(dǎo)電片以在其中形成用于流體的至少一個開口；以及

-壓花該片以在其中形成用于流體的至少一個開口的至少一個支撐部，切割穿過步驟和壓花步驟同時進(jìn)行。

附圖說明

從下面參照附圖的描述中，本文所描述的這些和其它特征將變得更加顯而易見，其中：

圖1是雙流體(即，空氣冷卻)單元電池組件結(jié)構(gòu)的分解剖面剖視圖；

圖2是包括多個細(xì)長平行流動開口的流體流場板的俯視圖；

圖3是三流體(即，流體冷卻)單元電池組件結(jié)構(gòu)的分解剖面剖視圖；

圖4是示出包括流體流場通道支撐部的單通道蛇形幾何結(jié)構(gòu)的燃料流場板的透視俯視圖；

圖5a是包括流體流場通道支撐部的燃料流場板的俯視圖；

圖5b是包括流體流場通道支撐部的燃料流場板的仰視圖；

圖6a是示出包括流體流場通道支撐部的多通道蛇形幾何形狀的冷卻劑流場板的俯視圖；

圖6b是包括流體流場通道支撐部的冷卻劑流場板的仰視圖；

圖7a是隔板的俯視圖；

圖7b是隔板的仰視圖。

具體實施方式

定義

除非另有說明，否則以下定義適用：

除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括相應(yīng)的復(fù)數(shù)指代。

如本文所使用的，術(shù)語“包括”旨在表示在詞語“包括”之后的元件的列表是必需的或強制性的，然而其它元件是可選的并且可以存在或不存在。

如本文所使用的，術(shù)語“由...組成”旨在表示包括并且限于短語“由...組成”之后的任何。因此，短語“由...組成”表明所列元件是必需的或強制性的并且不存在其它元件。

如本文所使用的，術(shù)語“流場板”旨在表示由合適的導(dǎo)電材料制成的板。該材料通常基本上是流體不可滲透的，也就是說，其對于通常在燃料電池應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的反應(yīng)物和冷卻劑是不可滲透的，并且使燃料、氧化劑和冷卻劑彼此流體隔離。在下述示例中，氧化劑流場板是承載氧化劑的流場板，而燃料流場板是承載燃料的流場板，并且冷卻劑流場板是承載冷卻劑的流場板。流場板可由以下材料制成：浸漬樹脂或受熱解浸漬的石墨碳；柔性石墨；諸如不銹鋼、鋁、鎳合金或鈦合金的金屬材料；碳-碳復(fù)合材料；碳-聚合物復(fù)合材料等。柔性石墨，也稱為膨脹石墨，是可壓縮的并且為了該發(fā)現(xiàn)的目的容易切割穿過和壓花的合適材料的一個示例。

如本文所使用的，術(shù)語“流體”旨在表示液體或氣體。特別地，術(shù)語流體指通常用于燃料電池應(yīng)用中的反應(yīng)物和冷卻劑。

現(xiàn)在參照圖1，其中雙流體(即，空氣冷卻)燃料電池堆的重復(fù)單元電池組件通常以10示出。燃料電池10包括膜電極組件(MEA)12，其包括陽極14、陰極16和位于陽極14和陰極16之間的固體電解質(zhì)18。MEA 12位于氧化劑流場板20和燃料流場板22之間。第一多個氧化劑流動通道24位于氧化劑場流動板20內(nèi)并且在陰極16和隔板32之間以將氧化劑供應(yīng)到陰極16。第二多個燃料流動通道26位于燃料流場板22內(nèi)并且在陽極14和隔板32(未示出)之間以將燃料供應(yīng)到陽極14。多個氧化劑通道平臺部28位于氧化劑流場板20的一側(cè)上，以及燃料通道平臺部30位于燃料流場板22的一側(cè)上，并且分別緊密接觸陰極16和陽極14，以允許電流通過MEA 12和來自MEA 12的熱的通過。隔板32與氧化劑流場板20緊密接觸并允許電流沿其軸向通過。在所述的示例中，隔板32是冷卻翅片隔板，其也將熱橫向地傳遞到外部冷卻翅片并且在每個重復(fù)單元電池之間用作隔板。通常，當(dāng)組裝多個電池時，每個燃料流場板22與冷卻翅片隔板32緊密接觸，從而密封通道26。

現(xiàn)在參照圖2，示出單獨的流體流場板20，其在這種情況中是氧化劑流場板。該板包括至少一個細(xì)長氧化劑流動通道34。在所示的示例中，多個細(xì)長氧化劑流動開口34被切割穿過板20并且沿著板20的中心部分彼此平行地延伸。每個細(xì)長氧化劑流動開口34包括氧化劑入口歧管開口36和氧化劑出口歧管開口38，它們位于細(xì)長氧化劑流動開口34的每一端。氧化劑流場板20還包括外圍區(qū)域40，其形成圍繞細(xì)長氧化劑流動開口34的邊界。燃料入口歧管開口42和燃料出口歧管開口44切割穿過外圍區(qū)域40并且彼此遠(yuǎn)離地位于氧化劑流動開口34的相對側(cè)上。用于容納堆壓縮系統(tǒng)(未示出)的多個孔46也切割穿過外圍區(qū)域40。因為氧化劑流動開口34事實上是直的和平行的，并且由于每個流動開口34具有其自己的氧化劑入口歧管開口36和氧化劑出口歧管開口38而使其還圍繞外圍被良好地支撐，所以該結(jié)構(gòu)通常不需要流體流場通道支撐部。

現(xiàn)在參照圖3，其中三流體(即，液體冷卻)燃料電池堆的重復(fù)單元電池組件通常以50示出。燃料電池50包括膜電極組件(MEA)52，其包括陽極54、陰極56和位于陽極54和陰極56之間的固體電解質(zhì)58。MEA 52位于氧化劑流場板60和燃料流場板62之間。第一多個氧化劑流動通道64位于氧化劑場流動板60內(nèi)并且在陰極56和隔板72之間以將氧化劑供應(yīng)到陰極56。第二多個燃料流動通道66位于燃料流場板62內(nèi)并且在陽極54和隔板80(未示出)之間以將燃料供應(yīng)到陽極54。多個氧化劑通道平臺部68位于氧化劑流場板60的一側(cè)上，以及燃料通道平臺部70位于燃料流場板62的一側(cè)上，并且分別緊密接觸陰極56和陽極54，以允許電流通過MEA 52和來自MEA 52的熱的通過。隔板72與氧化劑流場板60緊密接觸并允許電流沿其軸向通過。第三多個冷卻劑流動通道76位于冷卻劑流場板74內(nèi)并且在隔板72和隔板80之間以將液體冷卻劑供應(yīng)到單元電池組件50。多個冷卻劑通道平臺部78位于冷卻劑流場板74的一側(cè)上并且與隔板72緊密接觸以允許電流通過MEA 52和來自MEA 52的熱的通過。在沿著氧化劑流動通道64的長度的某些位置處，放置一個或多個氧化劑流動通道支撐部82以保持氧化劑流動通道64的恰當(dāng)間隔。同樣地，在沿著燃料流動通道66的長度的某些位置處，放置一個或多個燃料流場通道支撐部84以保持燃料流動通道66的恰當(dāng)間隔。進(jìn)一步地，在沿著冷卻劑流動通道76的長度的某些位置處，放置一個或多個冷卻劑流動通道支撐部86以保持冷卻劑流動通道76的恰當(dāng)間隔。在所述的示例中，隔板80用作每個重復(fù)單元電池之間的隔板。通常，當(dāng)組裝多個電池時，每個燃料流場板62與隔板80緊密接觸處，從而密封燃料流場通道66。

現(xiàn)在參照圖4，示出具有單通過蛇形流場幾何形狀的燃料流場板62的總體透視俯視圖。燃料流動通道66切割穿過燃料流場板62并且包括多個流體流場通道支撐部84，這些支撐部被壓花并連接燃料通道平臺部70并且在幾個示例中與外圍區(qū)域100連接。燃料入口歧管開口102和燃料出口歧管開口104切割穿過外圍區(qū)域100。類似地，氧化劑入口歧管開口106和氧化劑出口歧管開口108，以及冷卻劑入口歧管開口110和冷卻劑出口歧管開口112，也切割穿過外圍區(qū)域100。用于容納堆壓縮系統(tǒng)(未示出)的多個孔114也切割穿過外圍區(qū)域100。

現(xiàn)在參照圖5a和圖5b，分別示出燃料流場板62的俯視圖和仰視圖。燃料流動通道66切割穿過燃料流場板62并且包括多個流體流場通道支撐部84，這些支撐部被壓花并連接燃料通道平臺部70并且在幾個示例中與外圍區(qū)域100連接。流體流場通道支撐部84為燃料通道平臺部70提供機械支撐，其將另外允許自由移動，從而對于燃料流動通道66保持適當(dāng)?shù)碾姵氐诫姵厝剂戏植级３滞ǖ篱g隔是關(guān)鍵的。交錯燃料流場通道支撐部以消除材料中可能導(dǎo)致材料破裂的任何殘余應(yīng)力。

現(xiàn)在參照圖6a和6b，分別示出冷卻劑流場板74的俯視圖和仰視圖。示出的是多通道蛇形流場幾何形狀的示例，其中冷卻劑流動通道76切割穿過冷卻劑流場板74并包括冷卻劑流場通道支撐部86，其被壓花并連接冷卻通道平臺部78并且在幾個示例中與外圍區(qū)域120連接。冷卻劑流場通道支撐部86再次為冷卻劑通道平臺部78提供機械支撐，其將另外允許自由移動，從而保持通道間隔對于冷卻劑流動通道76保持適當(dāng)?shù)碾姵氐诫姵乩鋮s劑分布是關(guān)鍵的。同樣地，交錯冷卻劑流場通道支撐部以消除材料中可能導(dǎo)致材料破裂的任何殘余應(yīng)力。

現(xiàn)在參照圖7a和圖7b，分別示出隔板74的俯視圖和仰視圖。因為隔板80與隔板74相同，所以這些附圖也是該部件的精確表示。

本文所述的燃料電池堆尤其好地適用于針對無人駕駛飛行器(UAV)應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)，其需要具有高能量密度的非常輕質(zhì)的燃料電池系統(tǒng)。輕質(zhì)燃料電池堆的其它用途包括輔助動力單元(APU)和諸如小型摩托車的小型移動應(yīng)用。實際上，燃料電池堆可用于諸如汽車、固定和便攜式電源的許多其它燃料電池應(yīng)用。

制造過程-原型級別

柔性石墨被用于制造氧化劑流場板60、燃料流場板62、冷卻劑流場板74，并且隔板72和隔板80能夠以卷的形式購買。

可從許多模具制造商獲得的用于切割和壓花過程的柔性模具通常用于標(biāo)簽切割和壓花應(yīng)用并且通?？梢灾圃鞌?shù)十萬個板。柔性模具設(shè)計取決于特征幾何形狀和材料厚度

通常，對于氧化劑流場板60，使用0.020＂厚的板。

通常，對于燃料流場板62，使用0.015＂厚的板。

通常，對于冷卻劑流場板74，使用0.020＂厚的板。

通常，對于隔板72和隔板80，使用0.015＂厚的板。

切割和壓花

通過使用其各自的使用手動往復(fù)液壓機的平的、柔性模具，單獨地切割穿過并壓花氧化劑流場板60、燃料流場板62和冷卻劑流場板74，并且單獨地切割穿過隔板72和隔板80。

壓力切割力從10,000lbs到17,000lbs變化，其利用壓力計監(jiān)測，并且其取決于模具特征的數(shù)量和間隔。因此，具有許多特征的緊密包裝的模具需要較大的切割力。

一旦被切割穿過和壓花，將板60、62和74從具有次優(yōu)特征限定、部分變形和鋸齒狀邊緣的模具中去除，其中模切機穿透柔性石墨材料。類似地，一旦被切割穿過，也將板72和80從具有次優(yōu)特征限定、部分變形和鋸齒狀邊緣的模具中去除，其中模切機穿透柔性石墨材料。在切割期間去除的廢料可以再循環(huán)。如圖4、5a、5b、6a、6b、7a和7b所示，模具被設(shè)計和選擇為使得它們切割板中的特定流動開口和歧管開口，以及壓花流場通道支撐部。

精加工

在切割穿過之后，然后在相同的手動液壓機中將每個板壓在兩個平的剛性的平行板之間以改善特征公差，消除由模具引起的不期望的變形，并且“削平”由切割工藝留下的粗糙的鋸齒狀邊緣。

將特氟隆(Teflon)薄層施加到在板的任一側(cè)上的壓制夾具以改善表面光潔度并消除“粘附”。然后，將切割穿過并壓花的板60、62、72、74和80準(zhǔn)備堆疊組裝。

制造過程-生產(chǎn)級別

對于較大批量的制造，旋轉(zhuǎn)模切被用于增加產(chǎn)量。旋轉(zhuǎn)柔性模具可從許多模具制造商獲得。圓柱形柔性模具安裝在磁性缸體上并與圓柱形砧座配合，其中每個模具可使用相同的磁性缸體以降低成本。使用用于標(biāo)簽制造工業(yè)的旋轉(zhuǎn)模切設(shè)備。

將柔性石墨材料(以卷可獲得)自動送入到設(shè)備中。通常，使用該制造方法每小時3000個板是潛在可能的。

切割

通過使用其各自的使用旋轉(zhuǎn)模切設(shè)備的旋轉(zhuǎn)、柔性模具，單獨地切割穿過和壓花氧化劑流場板60、燃料流場板62和冷卻劑流場板74。類似地，使用其各自的使用旋轉(zhuǎn)模切設(shè)備的旋轉(zhuǎn)、柔性模具，單獨地切割穿過隔板72和隔板80。調(diào)整旋轉(zhuǎn)模具和砧座之間的距離以實現(xiàn)最佳部件切割。自動化廢料去除系統(tǒng)去除殘余的柔性石墨用于回收。

板處理系統(tǒng)，其通常是輸送機，將切割穿過的板組合并輸送到“精加工”區(qū)域。

精加工

每個切割穿過和壓花的板被自動地送入到旋轉(zhuǎn)壓平系統(tǒng)中，該系統(tǒng)包括兩個具有特氟隆涂層和可調(diào)節(jié)間距的平行輥。成品板被自動地通過輸送機從輥移除并且被輸送到它們各自的部件箱。然后將板準(zhǔn)備堆疊組裝。

可選方案

使用上述方法制造單一體(unitary body)并且通過壓力或使用硅酮粘合劑分別將該單一體機械地或粘合地結(jié)合在一起；這將形成雙極板。對于硅酮粘合劑的情況，將薄的粘合劑層施加到板的外圍而非電池的活性區(qū)域部分，以保持柔性石墨板之間的緊密接觸，從而降低電接觸電阻。

還構(gòu)想了“混合”層壓結(jié)構(gòu)，其可包括柔性石墨流體流動通道和非常薄的鋁或不銹鋼隔板。這些子部件也可被機械地或粘合地結(jié)合在一起以形成一個部件。在這種情況下，粘合劑將再次不被施加到雙極板的活性區(qū)域部分。

部件制造的“精加工”階段可以用于增加柔性石墨的密度，并且因此改善機械性能和電性能(即，0.020＂厚的切割部件可被壓到0.015＂)。

因為板可以用大批量制造工藝(通常用于標(biāo)簽制造中的往復(fù)式或旋轉(zhuǎn)式模切)來制造，所以降低了整體部件成本。

部件可使用非常低成本的工具(平的或圓柱形柔性模具)來制造。而且，柔性石墨原料是廉價的并且可以各種形式和厚度獲得。

柔性石墨具有1.12g/cc的典型密度。通常用于加工雙極板的純石墨具有約2.0g/立方厘米cc(1.79倍)的密度。用于模制雙極板的石墨可以實現(xiàn)低至1.35g/cc(1.2倍)的密度，然而需要昂貴的注塑設(shè)備和模腔模具。此外，因為材料被去除用于流動通道和歧管，所以通過模切制造的柔性石墨雙極板具有減小的質(zhì)量。

通過改變?nèi)嵝允暮穸炔⑹褂孟嗤哪＞呖扇菀椎馗淖兞黧w流動通道深度。并且，模塊化雙極板允許各種燃料電池結(jié)構(gòu)。例如，如果對于特定應(yīng)用需要更多冷卻，更厚的冷卻流場板可被替代，從而允許更高的冷卻流和熱去除。

產(chǎn)生的雙極板非常薄(即，0.015＂+0.020＂+0.015＂+0.020＂+0.015＂＝0.085＂厚)，其減小總體積。如果例如集成了0.002＂厚的不銹鋼隔板(即，總厚度＝0.059＂)，則甚至更薄的雙極板組件是可能的。

其它實施例

從前面的描述中，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員顯而易見的是，可以對本文描述的實施例進(jìn)行變化和修改以使其適應(yīng)各種用途和條件。